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1、功能金属材料功能金属材料仰芜琵陈濒途甘虱烈繁缓被坑谨勇喂验哀佃钩肘解哆倚琉米意白酉骸莎锣功能材料概论功能材料概论1主要参考资料主要参考资料1、现代功能材料及其应用现代功能材料及其应用郭卫生郭卫生, 汪济奎（化学工业出版社汪济奎（化学工业出版社,2002） 2、功能材料学、功能材料学-周馨我周馨我 (北京理工大学出版社北京理工大学出版社,2002)3、新型功能材料、新型功能材料- 贡长生，张克立贡长生，张克立(化学工业出版社化学工业出版社,2001)4、新型无机材料、新型无机材料-杨华明杨华明,宋晓岚宋晓岚,金胜明金胜明（化学工业出版社（化学工业出版社,2005）5、信息和功能材料、信息和功能材
2、料-刘先曙刘先曙 马傅华马傅华 辛秀田（宇航出版社辛秀田（宇航出版社,1998 ）6、功能材料学概论、功能材料学概论-马如璋马如璋 蒋民华蒋民华 （冶金工业出版社（冶金工业出版社,1999）7. 功能金属材料功能金属材料- 王正品王正品 化学工业出版社，化学工业出版社，2004年年 建议教材：建议教材：功能材料学概论功能材料学概论-马如璋马如璋 蒋民华蒋民华 （冶金工业出版社（冶金工业出版社,1999）功能金属材料功能金属材料- 王正品王正品 （化学工业出版社，（化学工业出版社，2004年）年） 据啼巴愉授涣捻窖桃殷速骨钮音料垫吹褒塌闹辩灸互门勇诈惑设考伏取喊功能材料概论功能材料概论2第一章第
3、一章第一章第一章 电性材料电性材料电性材料电性材料第二章第二章第二章第二章 磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料第三章第三章第三章第三章 超导材料超导材料超导材料超导材料第四章第四章第四章第四章 膨胀材料和弹性材料膨胀材料和弹性材料膨胀材料和弹性材料膨胀材料和弹性材料第五章第五章第五章第五章 储氢合金储氢合金储氢合金储氢合金第六章第六章第六章第六章 非晶态合金非晶态合金非晶态合金非晶态合金第七章第七章第七章第七章 形状记忆材料形状记忆材料形状记忆材料形状记忆材料第八章第八章第八章第八章 其他功能材料其他功能材料其他功能材料其他功能材料目 录糠韦猩扩氏披北滑箍桅敖晦豺济嘎邵访杉斌或尖仇昨狸伐材泅砖斋
4、佐触揖功能材料概论功能材料概论3第一章第一章第一章第一章：电性材料电性材料电性材料电性材料金属的导电理论。金属的热电性。电学性能与微观结构之间的关系。电性材料金属的导电理论。金属的热电性。电学性能与微观结构之间的关系。电性材料金属的导电理论。金属的热电性。电学性能与微观结构之间的关系。电性材料金属的导电理论。金属的热电性。电学性能与微观结构之间的关系。电性材料第二章第二章第二章第二章磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料磁学理论基础。金属软磁材料。金属永磁材料。磁致伸缩材料。铁氧体磁性材料磁学理论基础。金属软磁材料。金属永磁材料。磁致伸缩材料。铁氧体磁性材料磁学理论基础。金属软磁材料。金属永磁材料。
5、磁致伸缩材料。铁氧体磁性材料磁学理论基础。金属软磁材料。金属永磁材料。磁致伸缩材料。铁氧体磁性材料第三章第三章第三章第三章超导材料超导材料超导材料超导材料超导体的基本性质。超导材料的发展。超导材料的应用超导体的基本性质。超导材料的发展。超导材料的应用超导体的基本性质。超导材料的发展。超导材料的应用超导体的基本性质。超导材料的发展。超导材料的应用第四章第四章第四章第四章膨胀材料和弹性材料膨胀材料和弹性材料膨胀材料和弹性材料膨胀材料和弹性材料膨胀合金。弹性合金膨胀合金。弹性合金膨胀合金。弹性合金膨胀合金。弹性合金第五章第五章第五章第五章储氢合金储氢合金储氢合金储氢合金储氢材料原理。储氢合金分类及开
6、发现状。储氢材料的应用储氢材料原理。储氢合金分类及开发现状。储氢材料的应用储氢材料原理。储氢合金分类及开发现状。储氢材料的应用储氢材料原理。储氢合金分类及开发现状。储氢材料的应用第六章第六章第六章第六章非晶态合金非晶态合金非晶态合金非晶态合金原理与分类。制备方法。性能与应用原理与分类。制备方法。性能与应用原理与分类。制备方法。性能与应用原理与分类。制备方法。性能与应用第七章第七章第七章第七章形状记忆材料形状记忆材料形状记忆材料形状记忆材料形状记忆效应及原理。形状记忆材料及应用。记忆合金的应用形状记忆效应及原理。形状记忆材料及应用。记忆合金的应用形状记忆效应及原理。形状记忆材料及应用。记忆合金的
7、应用形状记忆效应及原理。形状记忆材料及应用。记忆合金的应用第八章第八章第八章第八章其他功能材料其他功能材料其他功能材料其他功能材料功能材料授课内容功能材料授课内容滴檬临邹稽纲钥村署氓冶凯紊忿枚旗灌凄渡诧译霍萌收坑届嗜喧陈恕览抚功能材料概论功能材料概论41986年，我国制定了高技术发展计划纲年，我国制定了高技术发展计划纲要，被评选列入的要，被评选列入的七个技术群七个技术群七个技术群七个技术群是是生物技术生物技术、信息技术信息技术、激光技术激光技术、航天技术航天技术、自动化技术自动化技术、新能源技术新能源技术和和新材料技术新材料技术新材料技术新材料技术。戍性树支柿淹济徊毛闯炽咎憨症裁蚜皇使晦驼抢垣
8、煞基疆映紫葫屏鹤柱凹功能材料概论功能材料概论5一般认为，一般认为，新材料新材料新材料新材料有有晶须晶须材料、材料、非晶非晶材料、材料、超超塑性合金塑性合金、形状记忆形状记忆材料、材料、功能功能陶瓷、陶瓷、功能有机功能有机材材料、料、超导超导材料、材料、碳纤维碳纤维、能量转换能量转换材料等。材料等。新材料发展的重点新材料发展的重点新材料发展的重点新材料发展的重点已经从已经从结构材料结构材料结构材料结构材料转向转向功能材料功能材料功能材料功能材料。功能材料被誉为功能材料被誉为功能材料被誉为功能材料被誉为2l2l2l2l世纪人类文明的重要支柱世纪人类文明的重要支柱世纪人类文明的重要支柱世纪人类文明的
9、重要支柱磐牧哉扭滥黎腐意厢者爆助头狞瘟颠柔正鞋仅瘦盯雕疵砚绎楚是恼揉舱骇功能材料概论功能材料概论6随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。为了解决随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。为了解决生产高速发展以及由此所产生的能源、环境等一系列的问题，生产高速发展以及由此所产生的能源、环境等一系列的问题，更需要用高科技的方法和手段来生产更需要用高科技的方法和手段来生产新型的新型的、功能性的功能性的产品，产品，以获得各种优良的综合性能。近年来以获得各种优良的综合性能。近年来新型功能材料新型功能材料层出不穷，层出不穷，得到了突破性的进展。得到了突破性的进展。第一章第一章 功能材料概论功能材料概论抡辜辛
10、谚凹痒跪滴仆砖痞练聘悄斡芝贸藻谐钦谋场蹭挠躲拉氨惹逮陶嗡姿功能材料概论功能材料概论7日本和欧美各国对日本和欧美各国对新型功能材料新型功能材料的研究十分的研究十分注意，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、注意，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激光等电子、激光等现代科学的基础现代科学的基础，功能材料在未来，功能材料在未来的社会发展中具有重大战略意义。的社会发展中具有重大战略意义。 眯遏蹋宇吭孺瞎校孝术棉鹃蜂所刊溶桔犬财咕亥猩右到母硒韩叙灯听禁恋功能材料概论功能材料概论8 近近10年来，功能材料成为年来，功能材料成为材料科学和工程领材料科学和工程领域中域中最为活跃的部分。每年以最为活跃
11、的部分。每年以5以上的速度增以上的速度增长，相当于每年有长，相当于每年有1.25万种新材料问世。未来世万种新材料问世。未来世界需要更多的性能优异的功能材料，功能材料正界需要更多的性能优异的功能材料，功能材料正在渗透到现代生活的各个领域。在渗透到现代生活的各个领域。榔靖问品限法有闪诬胡予淀亿琼挺酪堑锚鼻嚣转阿瑰藏塘归补愤赫慨益娩功能材料概论功能材料概论9 一、功能材料的概念一、功能材料的概念 功能材料是指通过功能材料是指通过光光光光、电电电电、磁磁磁磁、热热热热、化学化学化学化学、生化生化生化生化等作用等作用后具有后具有特定功能特定功能特定功能特定功能的材料。的材料。 在国外，常将这类材料称为在
12、国外，常将这类材料称为功能材料功能材料功能材料功能材料(Functional Materials)、特种材料特种材料特种材料特种材料(Speciality Materials)或或精细材料精细材料精细材料精细材料(Fine Materials)。第一节第一节第一节第一节 功能材料的概念与分类功能材料的概念与分类功能材料的概念与分类功能材料的概念与分类疥沥涨事陨悄浊否挺甫搭本茄阮芒夕坟使晃晴抱棺欠泪旭砚郭狙维律酗音功能材料概论功能材料概论10功能材料功能材料功能材料功能材料涉及面较广，具体包括涉及面较广，具体包括光光光光、电功能电功能电功能电功能，磁功能磁功能磁功能磁功能，分离功能分离功能分离功
13、能分离功能，形状记忆功能形状记忆功能形状记忆功能形状记忆功能等。等。这类材料相对于通常的这类材料相对于通常的结构材料结构材料结构材料结构材料而言，一般除而言，一般除了具有机械特性外，还具有其他的功能特性。了具有机械特性外，还具有其他的功能特性。罐绵庇幻牙珠瞳黔毗称休吕表严拜撤冉献古票豺斟磺援锥邱瑟载矾纱天匠功能材料概论功能材料概论11材料的材料的特定的功能特定的功能特定的功能特定的功能与材料的与材料的特定结构特定结构特定结构特定结构是相联系的。是相联系的。如对于如对于导电聚合物导电聚合物来说，它一般具有来说，它一般具有长链共轭双键长链共轭双键；金属结构中由于金属结构中由于弹性马氏体相变弹性马氏
14、体相变能产生记忆效应，能产生记忆效应，因此出现了因此出现了形状记忆合金形状记忆合金；压电陶瓷晶体必须有极；压电陶瓷晶体必须有极轴等。轴等。 梢概西歉绿哎鞘土橱佰藩蟹汞寞鞍沾妨咋堡贼蛔归钥站揩紧懈逃帖囤廊菇功能材料概论功能材料概论12功能材料是一门新的学科，目前对它进行功能材料是一门新的学科，目前对它进行严格的定义严格的定义严格的定义严格的定义尚有一定的难度，就像许多化学变尚有一定的难度，就像许多化学变化中存在着物理现象、高级运动中总是伴随着化中存在着物理现象、高级运动中总是伴随着低级运动一样，功能材料既遵循材料的低级运动一样，功能材料既遵循材料的一般特一般特一般特一般特性性性性和和变化规律变化
15、规律变化规律变化规律又具有其又具有其自身的特点自身的特点自身的特点自身的特点。因此可认。因此可认为是为是传统材料的更高级的运动形式。传统材料的更高级的运动形式。传统材料的更高级的运动形式。传统材料的更高级的运动形式。正辣枢秩下适养愚悄拉苦镜虚斑斯旨荣闽贷署涣饿侣按摩历沤押瘸倔思鸵功能材料概论功能材料概论13 二、二、功能材料的分类功能材料的分类 随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方法。从法。从功能的不同功能的不同功能的不同功能的不同考虑，可将功
16、能材料分为以下四类。考虑，可将功能材料分为以下四类。 念迅倪讥赚劫谣荐赋熙笑窥汕晶医买进憨锣绣屑俞冤兽筛康士锰刘醛挤丰功能材料概论功能材料概论14(1)力学功能力学功能 主要是指主要是指强化功能材料强化功能材料强化功能材料强化功能材料和和弹性功能材料弹性功能材料弹性功能材料弹性功能材料，如高，如高结晶材料、超高强材料等。结晶材料、超高强材料等。 瑰渡浸盈流晋嚏臂俞年狈茄砍扩吐赂沛谜刮旋臼龄晰由矗饥恢怠缔杯庆困功能材料概论功能材料概论15(2)化学功能化学功能分离分离分离分离功能材料：如功能材料：如分离膜分离膜，离子交换树脂离子交换树脂、高分子络合物高分子络合物；反应反应反应反应功能材料；如功能
17、材料；如高分子试剂高分子试剂、高分子催化剂高分子催化剂；生物生物生物生物功能材料：如功能材料：如固定化菌固定化菌，生物反应器生物反应器等。等。棵讯蔓袍妥绚奶翁坞弟尧谓洗击情二熔末年握年果玛委刘呆氮拭扔赂售苞功能材料概论功能材料概论16（3）物理化学功能）物理化学功能电学电学电学电学功能材料：如功能材料：如超导体超导体，导电高分子导电高分子等；等；光学光学光学光学功能材料：如功能材料：如光导纤维光导纤维、感光性高分子感光性高分子等；等；能量转换能量转换能量转换能量转换材料：如材料：如压电材料压电材料、光电材料光电材料。释壶隙猎郡匆垛痹豌鳞愿福岭首充勒创笔彦仪叙眼国绘靴举姓纹悍谩岂逻功能材料概论功
18、能材料概论17(4)生物化学功能生物化学功能医用医用医用医用功能材料：人工脏器用材料如功能材料：人工脏器用材料如人工肾人工肾、人工心肺人工心肺，可降解的可降解的医用缝合线医用缝合线、骨钉骨钉、骨板骨板等；等；功能性药物功能性药物功能性药物功能性药物：如：如缓释性高分子缓释性高分子，药物活性高分子药物活性高分子，高分高分子农药子农药等；等；生物降解生物降解生物降解生物降解材料材料鲤吏者正必揣想瑶庐免屎乙职谬叫郁位炮掘歌汁颜仲穷颂涎悼画遵贞符梢功能材料概论功能材料概论18 下图为材料显示功能的示意图。下图为材料显示功能的示意图。输输入入材材料料输输出出第二节第二节 功能设计的原理和方法功能设计的原
19、理和方法材料的材料的功能显示过程功能显示过程功能显示过程功能显示过程是指向材料输入某种能量，经过材料是指向材料输入某种能量，经过材料的传输或转换等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。的传输或转换等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。扔利授獭癣效镭舷镊停绢驮淋焚柜邀勘搬趴撤搅戊毋总笼霓凳浑向扭联牺功能材料概论功能材料概论19功能材料按其功能材料按其功能的显示过程功能的显示过程功能的显示过程功能的显示过程又可分为又可分为一次功能材料一次功能材料一次功能材料一次功能材料和和二次功能材料二次功能材料二次功能材料二次功能材料。 朔佳狗蓉斟鸵两帕沁惑堂蜕着忍允渠每益沪翘汛乔情题矩芬碎锌皿蓬券氏功能
20、材料概论功能材料概论20当向材料当向材料输入的能量输入的能量输入的能量输入的能量和从材料和从材料输出的能量输出的能量输出的能量输出的能量属于属于同一种形式同一种形式同一种形式同一种形式时，材料起到时，材料起到能量传输能量传输能量传输能量传输部件的部件的作用。材料的这种功能称为一次功能。作用。材料的这种功能称为一次功能。以一次功能为使用目的的材料又称为以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料载体材料载体材料载体材料。、一次功能、一次功能联傈何科乙蕾畜问键揍碧蛀峭镭玲涝甭恨碰钝肾甸涤饭迂汹厌炳堤娟碴殖功能材料概论功能材料概论21一次功能主要有下面的八种一次功能主要有下面的八种一次功能主要有下面的八
21、种一次功能主要有下面的八种。力学力学力学力学功能。如功能。如惯性惯性、粘性粘性、流动性流动性、润滑性润滑性、成型性成型性、超塑性超塑性、恒弹性恒弹性、高弹性高弹性、振动性振动性和和防震性防震性。声声声声功能。如功能。如隔音隔音性、性、吸音吸音性。性。热热热热功能。如功能。如传热传热性、性、隔热隔热性、性、吸热吸热性和性和蓄热蓄热性等。性等。电电电电功能。如功能。如导电导电性、性、超导超导性、性、绝缘绝缘性和性和电阻电阻等。等。娥朔谦直盐刷铲襄尚豆境养拥舆悉蟹氰肾扮忱翱休位恬岔亏障牲拌韭妇快功能材料概论功能材料概论22磁磁磁磁功能。如功能。如硬磁性硬磁性、软磁性软磁性、半硬磁性半硬磁性等。等。光
22、光光光功能。如功能。如遮光性遮光性、透光性透光性、折射光性折射光性、反射光性反射光性、吸吸光性光性、偏振光性偏振光性、分光性分光性、聚光性聚光性等。等。化学化学化学化学功能。如功能。如吸附作用吸附作用、气体吸收性气体吸收性、催化作用催化作用、生物生物化学反应化学反应、酶反应酶反应等。等。其他其他其他其他功能。如功能。如放射特性放射特性、电磁波特性电磁波特性等。等。电鲍另惭愁毙侠训眺纯功笺囊骨喷燕弄猴唾褂培榴徒暖本点崩供量趋妻拙功能材料概论功能材料概论23 当向材料当向材料输入的能量输入的能量输入的能量输入的能量和从材料和从材料输出的能量输出的能量输出的能量输出的能量属于属于不同形式不同形式不同
23、形式不同形式时，材料起时，材料起能量的转换能量的转换能量的转换能量的转换部件作用，材部件作用，材料的这种功能称为料的这种功能称为二次功能二次功能或或高次功能高次功能。有人认为。有人认为这种材料才是真正的功能材料。这种材料才是真正的功能材料。、二次功能、二次功能耸两剪挑里梗勘顿茫屈婶哗催痈垮淬政挚讶挪承莫黑秋晴也倘峨盗份姿冕功能材料概论功能材料概论24二次功能按二次功能按能量的转换系统能量的转换系统能量的转换系统能量的转换系统可分为如下四类。可分为如下四类。光光光光能与其他形式能量的转换；能与其他形式能量的转换； 电电电电能与其他形式能量的转换；能与其他形式能量的转换；磁磁磁磁能与其他形式能量的
24、转换；能与其他形式能量的转换；机械机械机械机械能与其他形式能量的转换。能与其他形式能量的转换。大扑泉郧下超疾笑化笋谊搪蓟魔排乞柱使足孰饲型撒墅煽啮唱嚼洞悼丘仪功能材料概论功能材料概论25如如光合成光合成光合成光合成反应、反应、光分解光分解光分解光分解反应、反应、光化光化光化光化反应、反应、光致抗蚀光致抗蚀光致抗蚀光致抗蚀、化学发光化学发光化学发光化学发光，感光感光感光感光反应，反应，光致伸缩光致伸缩光致伸缩光致伸缩，光生伏特光生伏特光生伏特光生伏特效应和效应和光导电光导电光导电光导电效应。效应。光光能与其他形式能量的转换能与其他形式能量的转换桌粥并锚首现仁执砖慷拳沙冶壳翱最双幽津尝眩碧培摸九胀
25、昏恬涕阳骚忱功能材料概论功能材料概论26如如电磁电磁电磁电磁效应、效应、电阻发热电阻发热电阻发热电阻发热效应、效应、热电热电热电热电效应、效应、光电光电光电光电效应、效应、场致发光场致发光场致发光场致发光效应、效应、电化学电化学电化学电化学效应和效应和电光电光电光电光效应等。效应等。电电能与其他形式能量的转换能与其他形式能量的转换系赌耪秤闽匪址吻仍赖愚向染抽攘凤牌伺徒哩裹辣泽绝骆胎垒女两蔚陆债功能材料概论功能材料概论27磁磁能与其他形式能量的转换能与其他形式能量的转换如如光磁光磁光磁光磁效应、效应、热磁热磁热磁热磁效应、效应、磁冷冻磁冷冻磁冷冻磁冷冻效应和效应和磁性转变磁性转变磁性转变磁性转变
26、效应等。效应等。趋酉曝耀琢控潮时膛糙啃区溃手贝跨浙亿淆凌娘闽精卧崔贩巴蜘晋吃战搽功能材料概论功能材料概论28机械机械能与其他形式能量的转换能与其他形式能量的转换。如如形状记忆形状记忆形状记忆形状记忆效应、效应、热弹性热弹性热弹性热弹性效应、效应、机械化学机械化学机械化学机械化学效应、效应、压电压电压电压电效应、效应、电致伸缩电致伸缩电致伸缩电致伸缩、光压光压光压光压效应、效应、声光声光声光声光效应、效应、光弹性光弹性光弹性光弹性效应和效应和磁致伸缩磁致伸缩磁致伸缩磁致伸缩效应等。效应等。塘灾泼示蠢遵官真职简莎栗矣账诺腮焙伦蛛卡称炸瘦燥劲杭爪恼铡挞来熙功能材料概论功能材料概论29按按材料种类材料
27、种类材料种类材料种类分，功能材料还可分为：分，功能材料还可分为：金属金属金属金属功功能材料、能材料、无机非金属无机非金属无机非金属无机非金属功能材料和功能材料和有机有机有机有机功能材料。功能材料。逃撑葛围闷迎砍研偿瘦吟孜驯沸辊粉绊垮牟社诅叹牛历泥弃旭徐咆匹矢炎功能材料概论功能材料概论30无论哪种功能材料，其无论哪种功能材料，其能量传递过程能量传递过程能量传递过程能量传递过程或者或者能量转能量转能量转能量转换形式换形式换形式换形式所涉及的微观过程都与所涉及的微观过程都与固体物理固体物理和和固体化学固体化学相相联系。正是这两门基础科学为新兴学科联系。正是这两门基础科学为新兴学科功能材料功能材料科学
28、的发展奠定了基础，从而也推动了功能材料的研科学的发展奠定了基础，从而也推动了功能材料的研究和应用。它们把功能材料推进到究和应用。它们把功能材料推进到功能设计功能设计功能设计功能设计的时代。的时代。踏尹得委戏隙箍苟色骋挚贮熙牲趁鼠桑拒嚣塔邯溺换桔衔拷捶张臭阜碗采功能材料概论功能材料概论31所谓所谓功能设计功能设计功能设计功能设计，就是赋予材料以，就是赋予材料以一次功能一次功能一次功能一次功能或或二次功能二次功能二次功能二次功能特性的科学方法。有人认为特性的科学方法。有人认为21世纪将逐世纪将逐渐实现渐实现按需设计按需设计按需设计按需设计材料。材料。宗逝讥夸旨吃贬平韩屡杯吞侮火芋训吾珍履恭禾讳科草
29、筷豁燕勿猿梢斡楔功能材料概论功能材料概论32材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程一般都认为由一般都认为由四要素四要素四要素四要素组成，即组成，即结构结构结构结构/ /成分成分成分成分、合成合成合成合成/ /流程流程流程流程、性能性能性能性能与与效能效能效能效能。但考虑到结构与成分并非同义词，。但考虑到结构与成分并非同义词，相同成分通过不同制备方法可以得到不同结构，从而使材料出相同成分通过不同制备方法可以得到不同结构，从而使材料出现不同性能，所以现不同性能，所以材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程应为五要素，即应为五要素，即成分成分成分成分、合成合成合成合
30、成/ /流程流程流程流程、结构结构结构结构、性能性能性能性能与与效能效能效能效能。根据材料所要求的性能不同，根据材料所要求的性能不同，材料设计材料设计材料设计材料设计可以从可以从电子电子、光子光子出发也可从出发也可从原子原子、原子集团原子集团出发，可以从出发，可以从微观微观、显微显微到到宏观宏观。趋浅重玲廓获殉送脾汾桌纹滁捧烫核抱堵谁什扁英蜘启风输人碌冻袋痹助功能材料概论功能材料概论33材料设计材料设计材料设计材料设计是一个很复杂的过程：是一个很复杂的过程：如如材料的制备材料的制备与与存在状态存在状态存在状态存在状态往往属于往往属于非平衡热力学非平衡热力学非平衡热力学非平衡热力学；有些结构敏感
31、性质有些结构敏感性质(材料的力学性质材料的力学性质)的的可变因素可变因素可变因素可变因素太多，太多，即使一个微小缺陷都会产生很大影响；即使一个微小缺陷都会产生很大影响；表面与内部表面与内部表面与内部表面与内部结结构及性质的不一致性；复杂的构及性质的不一致性；复杂的环境因素环境因素环境因素环境因素等等。等等。腹抵蝎尊刘扫高猪畏自椒席自辐勺虫汁椿玉灯诉镊告求孺簧焊裹曼贫咋吼功能材料概论功能材料概论34材料设计的实现材料设计的实现材料设计的实现材料设计的实现是一个是一个长期过程长期过程长期过程长期过程，其最终应达，其最终应达到到提出一个需求目标提出一个需求目标提出一个需求目标提出一个需求目标就可就可
32、设计出成分设计出成分设计出成分设计出成分、制造流程制造流程制造流程制造流程并并做出合乎要求的工程材料做出合乎要求的工程材料做出合乎要求的工程材料做出合乎要求的工程材料以至零件、器件或构件。以至零件、器件或构件。 杨需崩仙健腔骆窿肋厅嫌邑鳃肝搬滴往翻红茵侄抠野稳维婆妖督侄胆到擂功能材料概论功能材料概论35为实现为实现材料设计材料设计材料设计材料设计，必须开展深入的，必须开展深入的基础研究基础研究基础研究基础研究，以，以了解物质结构与性能的关系；要建立完整的精确的了解物质结构与性能的关系；要建立完整的精确的数数数数据库据库据库据库；建立正确的；建立正确的物理模型物理模型物理模型物理模型；需要有；需
33、要有大容量计算机大容量计算机大容量计算机大容量计算机；更重要的是要不同学科科学家与工程技术人员的通力更重要的是要不同学科科学家与工程技术人员的通力合作。合作。麦狭婉洋遗嫡尧擦梯卢洽惊冤泄湾煎纱貉蠕右杖炙糯尊椿蝎炽盟泥肋弊串功能材料概论功能材料概论36 一、金属功能材料设计一、金属功能材料设计一、金属功能材料设计一、金属功能材料设计 金属功能材料金属功能材料按性能按性能按性能按性能分主要包括分主要包括磁磁性、性、电电性、性、力学力学、热学热学、光学光学、化学化学、生物功能材料生物功能材料和和特种功能材料特种功能材料。 金属功能材料的金属功能材料的功能设计功能设计功能设计功能设计主要有以下两个方面
34、。主要有以下两个方面。 ()寻找寻找具有特定功能的金属材料。具有特定功能的金属材料。()利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。絮川柒怎簇舆腆展准剪贿勉蝇续祸蜜类淳刃槛雅竭局鹤本观兔飘狼匪育瘸功能材料概论功能材料概论37有些金属材料本身具有特定的功能，经过我们的有些金属材料本身具有特定的功能，经过我们的开发研究，可以对这些特定的功能加以利用。例如，开发研究，可以对这些特定的功能加以利用。例如，稀土功能材料稀土功能材料稀土功能材料稀土功能材料的制备和应用。的制备和应用。(1)(1)寻找具有特定功能的金属材料寻找具有特定功能的金属材料寻找具有
35、特定功能的金属材料寻找具有特定功能的金属材料称赞握汀往钒谗其橱堤源声添谤欢昧豁慨涣嫡旗井目控碘片赁阁锡争抨萄功能材料概论功能材料概论38稀土功能材料稀土功能材料稀土功能材料稀土功能材料主要包括主要包括稀土永磁稀土永磁稀土永磁稀土永磁材料、材料、稀土储稀土储稀土储稀土储氢氢氢氢材料、材料、信息显示信息显示信息显示信息显示材料、材料、催化催化催化催化材料、材料、超磁致伸缩超磁致伸缩超磁致伸缩超磁致伸缩材材料、料、巨磁电阻巨磁电阻巨磁电阻巨磁电阻材料等，其应用遍及航天、航空、信材料等，其应用遍及航天、航空、信息、电子、能源、交通、医疗卫生等息、电子、能源、交通、医疗卫生等13个领域的个领域的40多个
36、行业。多个行业。药蒲平腾序爸陡趟冯王磋涉向顶赎剔袖完确阉历躯重典尼恿且弄另外掂眨功能材料概论功能材料概论39我国我国稀土资源稀土资源稀土资源稀土资源非常丰富，其工业储量约占世界已非常丰富，其工业储量约占世界已探明总储量探明总储量6200万万t的的80。将我国的稀土。将我国的稀土资源优势资源优势资源优势资源优势变为变为产业优势产业优势产业优势产业优势和和经济优势经济优势经济优势经济优势，使它的研究开发既能形成，使它的研究开发既能形成一批新型高新技术产业，又能辐射、带动传统产业的一批新型高新技术产业，又能辐射、带动传统产业的技术进步。技术进步。春氦诬上芭馋巾究叶狱蜀窑迭映捡憋苇屁嫉衅舒嚷驾匈豺禽侈
37、殴赖噪退樊功能材料概论功能材料概论40因此，发展因此，发展稀土功能材料稀土功能材料稀土功能材料稀土功能材料对我国来讲具有重对我国来讲具有重要的战略意义和现实意义。要的战略意义和现实意义。利用类似这种具有特殊功能的金属材料，是利用类似这种具有特殊功能的金属材料，是金属功能材料金属功能材料金属功能材料金属功能材料开发的一个方面。开发的一个方面。堵问镍样蘸帽丰尾褪琵勇郴奋届寞间罢汹砚肛漾澜泵砧痹帚尔奠煌后钎陵功能材料概论功能材料概论41合金的迅速发展，给合金的迅速发展，给金属功能材料的发展金属功能材料的发展金属功能材料的发展金属功能材料的发展提供了广提供了广泛的空间。随着各种合金的开发，各种各样的金
38、属功能泛的空间。随着各种合金的开发，各种各样的金属功能材料被开发出来，如材料被开发出来，如纳米材料纳米材料，大块非晶材料大块非晶材料、真空快真空快淬材料淬材料、磁性形状记忆合金磁性形状记忆合金等。等。(2)(2)利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。吗腋牌羚县袁研滥郎胸事攒切拷莱伴仇肃庐卞侯今酮备普默肢药辗胜碍阶功能材料概论功能材料概论42 无机非金属功能材料的无机非金属功能材料的主要代表主要代表主要代表主要代表是是功能玻璃功能玻璃功能玻璃功
39、能玻璃和和功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷。无机非金属功能材料进行功能设计的方。无机非金属功能材料进行功能设计的方法主要有以下两种：法主要有以下两种： (1)根据功能的要求根据功能的要求设计配方设计配方设计配方设计配方。 (2)根据功能的要求根据功能的要求设计合适的加工工艺设计合适的加工工艺设计合适的加工工艺设计合适的加工工艺。二、无机非金属功能材料设计二、无机非金属功能材料设计镜荡汉拜佬鉴寡臀都瞪浩瞳燃拴激蚀仆皑觅疥淫关劫濒蒙仁肩饮陇塞趋侥功能材料概论功能材料概论43无机非金属功能材料的无机非金属功能材料的配方比较复杂配方比较复杂，每种不同功能，每种不同功能的无机非金属功能材料采用不同的配方
40、。的无机非金属功能材料采用不同的配方。无机非金属功能材料无机非金属功能材料所含的材质所含的材质所含的材质所含的材质决定了无机非金属功决定了无机非金属功能材料的能材料的宏观性能宏观性能宏观性能宏观性能。比如比如功能玻璃功能玻璃包括包括微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃、激光玻璃激光玻璃激光玻璃激光玻璃、半导体玻璃半导体玻璃半导体玻璃半导体玻璃、光色玻璃光色玻璃光色玻璃光色玻璃、生物玻璃生物玻璃生物玻璃生物玻璃等。等。 (1)根据功能的要求设计配方根据功能的要求设计配方钱薄戌栈咯斤唉酉炉勿属旋渍偷芒汰瞄嘿玻领筛腕希丑桨岂肯葬渐暗颁厦功能材料概论功能材料概论44无机非金属功能材料的无机非金属功能材料的
41、加工工艺加工工艺加工工艺加工工艺根据所需功能的不同，根据所需功能的不同，有的采用有的采用普通的普通的普通的普通的无机非金属材料加工工艺，有的采用无机非金属材料加工工艺，有的采用特殊特殊特殊特殊的的的的加工工艺。加工工艺。不同的加工工艺不同的加工工艺不同的加工工艺不同的加工工艺可以得到可以得到不同功能不同功能不同功能不同功能的无机非金属功能的无机非金属功能材料。因此，控制合适的加工工艺对无机非金属功能材料材料。因此，控制合适的加工工艺对无机非金属功能材料的制造是非常重要的。的制造是非常重要的。(2)根据功能的要求设计合适的加工工艺根据功能的要求设计合适的加工工艺境痉霞朗贴干爹符尿铱买锡易唬按霄履
42、秘署肠瞳凳晃排谣坍淹匝撩砍芭列功能材料概论功能材料概论45功能高分子材料功能设计的主要途径如下：功能高分子材料功能设计的主要途径如下：(1)通过通过分子设计分子设计分子设计分子设计合成新功能。合成新功能。(2)通过通过特殊加工特殊加工特殊加工特殊加工赋予材料以功能特性赋予材料以功能特性(3)通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料复合材料复合材料复合材料复合获得新功能。获得新功能。(4)通过对材料进行各种通过对材料进行各种表面处理表面处理表面处理表面处理以获得新功能。以获得新功能。 三、高分子功能材料设计三、高分子功能材料设计血捐妮子致抢栋巍弘润赖皂
43、去忍茁辐球头购撅隶铭队芯嘿天继周氛锻庇亲功能材料概论功能材料概论46 分子设计包括高分子分子设计包括高分子结构设计结构设计结构设计结构设计和和官能团设计官能团设计官能团设计官能团设计，它是使高分子材料获得具有一定化学结构的它是使高分子材料获得具有一定化学结构的本征本征本征本征性功能特征性功能特征性功能特征性功能特征的主要方法，因而又称为的主要方法，因而又称为化学方法化学方法化学方法化学方法。 (1)通过分子设计合成新功能通过分子设计合成新功能到骤临贿晤橇叹膛斌符棉除谬导迈甭塑稽年指违竣诱犀漱董柑跋哈凰漫敷功能材料概论功能材料概论47例如，通过高分子结构设计和官能团设计，在高分子结例如，通过高分
44、子结构设计和官能团设计，在高分子结构中构中引入感光功能基团引入感光功能基团引入感光功能基团引入感光功能基团，从而合成出，从而合成出感光高分子材料感光高分子材料感光高分子材料感光高分子材料。合成。合成可供选择的可供选择的措施措施措施措施有：有：共聚合共聚合、接技聚合接技聚合、嵌段聚合嵌段聚合、界面缩界面缩聚聚、交联反应交联反应、官能团引入官能团引入、模板聚合模板聚合、管道聚合管道聚合、交替共交替共聚聚以及以及用高聚物作支持体的聚合用高聚物作支持体的聚合等。等。糙愉普扫袄喳彝堑站面麓沂氧脆拥椿醇佯率化谁戍扯蕾腊襟其榜吞余咙胳功能材料概论功能材料概论48这种方法又称为这种方法又称为物理方法物理方法物
45、理方法物理方法。例如：。例如：高分子材料通过高分子材料通过薄膜化薄膜化薄膜化薄膜化制作制作偏振光膜偏振光膜、滤光片滤光片、电磁传感电磁传感器器、薄膜半导体薄膜半导体、薄膜电池薄膜电池、接点保护材料接点保护材料、防蚀材料防蚀材料等，尤等，尤其是在超细过滤、反渗透、精密过滤、透析、离子交换等方面其是在超细过滤、反渗透、精密过滤、透析、离子交换等方面取得了广泛的应用。取得了广泛的应用。高分子材料高分子材料纤维化纤维化纤维化纤维化可用于可用于二次电子倍增管二次电子倍增管或作或作离子交换纤维离子交换纤维。对于高分子材料来说，最引人注目的是对于高分子材料来说，最引人注目的是塑料光纤塑料光纤塑料光纤塑料光纤
46、的开发应用。的开发应用。 (2)通过特殊加工赋予材料以功能特性通过特殊加工赋予材料以功能特性遁图烙牺黎撩往骚菇放逝痊垣编歹絮脉弦闲愉雁空必怨渊规讲蚤壁拷茅友功能材料概论功能材料概论49例如借助纤维复合、层叠复合、细粒复合、骨架复合、例如借助纤维复合、层叠复合、细粒复合、骨架复合、互穿网络等方法。互穿网络等方法。关于这方面的理论，近年来还提出了所谓关于这方面的理论，近年来还提出了所谓复合相乘效应复合相乘效应复合相乘效应复合相乘效应公式公式公式公式。即如。即如A组分具有组分具有X/Y功能功能(即对材料施加即对材料施加X作用，可得作用，可得Y效应，例如加压生电效应，例如加压生电)，B组分有组分有Y/
47、Z功能，则复合之后可功能，则复合之后可产生产生(X/Y)(Y/Z)X/Z的新功能。根据这个原理，已试制的新功能。根据这个原理，已试制出出温度自控塑料发热体温度自控塑料发热体温度自控塑料发热体温度自控塑料发热体等一批新型复合功能高分子材料。等一批新型复合功能高分子材料。 (3)(3)通过具有不同功能或性能的材料复合获得新功能。通过具有不同功能或性能的材料复合获得新功能。通过具有不同功能或性能的材料复合获得新功能。通过具有不同功能或性能的材料复合获得新功能。系湿辨庸狰甘害出涪晌亡档入脱眯翔倚灌葬戴歹富褐副阅故俱凋采枚懊稳功能材料概论功能材料概论50将上述各种方法的适当组合就可以设计得将上述各种方法
48、的适当组合就可以设计得到所需要的各种功能材料。到所需要的各种功能材料。功能材料的设计功能材料的设计功能材料的设计功能材料的设计是是当代材料技术的重大成就之一。当代材料技术的重大成就之一。(4)通过对材料进行各种表面处理以获得新功能通过对材料进行各种表面处理以获得新功能邓情腥把凿撅舔芝浦全郝刊灸峭蛤早店奠咨疚惧妮浇洞率噬无蛾采渴幸讥功能材料概论功能材料概论51 功能材料是目前材料领域功能材料是目前材料领域发展最快发展最快发展最快发展最快的新领域。的新领域。功能材料虽然制备过程复杂，产品产量小，但功能材料虽然制备过程复杂，产品产量小，但是利润较高。其主要原因是基于其是利润较高。其主要原因是基于其特
49、有的特有的特有的特有的“ “功能性功能性功能性功能性” ”。第三节功能材料的特点第三节功能材料的特点钟皂但诲劳泣哎尘戈韦失苹祝帽地告序窍拴挫舷今腮牺魔充斤氧舟鞋瑟阮功能材料概论功能材料概论52功能材料的功能材料的结构与性能结构与性能结构与性能结构与性能之间存在着密切的联之间存在着密切的联系，材料的系，材料的骨架骨架、功能基团功能基团以及以及分子组成分子组成直接影直接影响着材料的宏观结构与材料的功能。响着材料的宏观结构与材料的功能。研究功能材料的研究功能材料的结构与功能之间的关系结构与功能之间的关系结构与功能之间的关系结构与功能之间的关系，可，可以指导开发更为先进、新颖的功能材料。以指导开发更为
50、先进、新颖的功能材料。珠钝爷兢郭跌株侯套晰焚匹馈矫量诅嫩焦附芋辐麓写严甘盯晃敲斧蛤旋撒功能材料概论功能材料概论53不同种类的功能材料各具特色。不同种类的功能材料各具特色。 金属功能材料金属功能材料金属功能材料金属功能材料是是开发比较早开发比较早的功能材料，随的功能材料，随着高新技术的发展，一方面促进了着高新技术的发展，一方面促进了非金属材料非金属材料的的迅速发展，同时也促进了迅速发展，同时也促进了金属材料金属材料的发展。的发展。一、金属功能材料一、金属功能材料猴淡纶涩墅贡豌师合师眯例扳魔糊夺有入宪碰咙泵沁豆骤噎猎界涟寸痴裔功能材料概论功能材料概论54许多区别于许多区别于传统金属材料传统金属材料
51、传统金属材料传统金属材料的的新型金属功能材料新型金属功能材料新型金属功能材料新型金属功能材料应运而生，有的已被广泛应用，有的具有广泛应用应运而生，有的已被广泛应用，有的具有广泛应用的前景。的前景。如如形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金的发现及各种的发现及各种形状记忆合金体形状记忆合金体形状记忆合金体形状记忆合金体系系系系的开发研制，使得这类新型金属材料在现代军事、的开发研制，使得这类新型金属材料在现代军事、电子、汽车、能源、机械、宇航、医疗等领域得到电子、汽车、能源、机械、宇航、医疗等领域得到广泛的应用。广泛的应用。樟揽窿惹梭喂德钩讹叠饵蘑丙博常泊秸禾涎捕需记屠桂英听奄忘哑晃沼监
52、功能材料概论功能材料概论55另一方面，另一方面，非晶态合金非晶态合金非晶态合金非晶态合金由于具有由于具有优异的物理、化优异的物理、化学性能学性能，是一种极有发展前景的新型金属材料。，是一种极有发展前景的新型金属材料。具有具有独特性能和用途独特性能和用途独特性能和用途独特性能和用途的新型金属功能材料很多，的新型金属功能材料很多，如如超导合金超导合金超导合金超导合金、纳米金属纳米金属纳米金属纳米金属、高温合金高温合金高温合金高温合金、减振合金减振合金减振合金减振合金、储氢储氢储氢储氢、多孔金属多孔金属多孔金属多孔金属、金属磁性金属磁性金属磁性金属磁性材料等。材料等。羡眺桶搏脯鸵宴效钙伴肝资闪驼谗署
53、撂唁欠戮吭观咱志壤溉庞丫筛慌佬不功能材料概论功能材料概论56无机非金属功能材料无机非金属功能材料无机非金属功能材料无机非金属功能材料的发展速度也很快，新的发展速度也很快，新的种类也是层出不穷。它以的种类也是层出不穷。它以功能玻璃功能玻璃功能玻璃功能玻璃和和功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷为主，近来也发展了一些新工艺和新品种。为主，近来也发展了一些新工艺和新品种。 二、无机非金属功能材料二、无机非金属功能材料险欢打黑昼纫拢柯殴葱搐沽否拒烹恤绰扦亏订墓丰侦黄舞割谅氰践补嫩嘲功能材料概论功能材料概论57组合化学作为组合化学作为合成化学合成化学合成化学合成化学的一个新分支，它展现出巨大的的一个新分支，
54、它展现出巨大的发展潜力。组合化学与发展潜力。组合化学与计算机科学计算机科学相结合，特别是与相结合，特别是与数据库数据库技术技术相结合，是组合化学发展的未来方向。相结合，是组合化学发展的未来方向。无机功能材料组合化学研究无机功能材料组合化学研究无机功能材料组合化学研究无机功能材料组合化学研究主要集中在具有特殊主要集中在具有特殊光光、电电、磁磁和和催化催化等性质的材料上。其主要表现在以下五个方面：等性质的材料上。其主要表现在以下五个方面：1 1组合化学在无机功能材料方面的应用组合化学在无机功能材料方面的应用组合化学在无机功能材料方面的应用组合化学在无机功能材料方面的应用性罩宠垒哮菲湿烩痰辅姬惧屑膳
55、刚换赁遣苦潍圈个缆兼促武椒剧反坞担赖功能材料概论功能材料概论58它是以它是以无机微孔材料无机微孔材料无机微孔材料无机微孔材料、无机有机杂化材料无机有机杂化材料无机有机杂化材料无机有机杂化材料中存在的中存在的基基基基本结构单元本结构单元本结构单元本结构单元为基础，组合合成具有设计结构单元的化合物。为基础，组合合成具有设计结构单元的化合物。功能材料组合库功能材料组合库功能材料组合库功能材料组合库的的合成与表征合成与表征包括包括发光材料发光材料、铁电铁电及及介介电材料电材料、巨磁阻材料巨磁阻材料等。等。 (1)无机结构基元无机结构基元无机结构基元无机结构基元或或虚拟结构基元虚拟结构基元虚拟结构基元虚
56、拟结构基元的组合化学的组合化学斟阔铝舟储榜艺滥汽议渠凌雾退阴求丁纬勘杖献躺藉早培擞慰区惠杰妊蔚功能材料概论功能材料概论59(2)无机功能材料组合无机功能材料组合合成技术合成技术合成技术合成技术与与表征方法表征方法表征方法表征方法的基础研究。的基础研究。(3)特殊技术特殊技术特殊技术特殊技术和和特定结构特定结构特定结构特定结构组合化学。它包括激光喷涂组组合化学。它包括激光喷涂组合化学研究，主客体组装组合化学等。合化学研究，主客体组装组合化学等。 肾帧莫激漏鹿姨继罪痕献殖伙安扎肿升恍拷埂诲憾惟愉蛹泄坞力昼踢船葱功能材料概论功能材料概论60(4)固体氧化物燃料电池中固体氧化物燃料电池中新型中、低温新
57、型中、低温新型中、低温新型中、低温(600800)区区工作的固体复合氧化物电解质材料的探索和筛选。工作的固体复合氧化物电解质材料的探索和筛选。 (5)从从热力学平衡角度热力学平衡角度热力学平衡角度热力学平衡角度研究材料的研究材料的相态相态相态相态、结构结构结构结构及及稳定性稳定性稳定性稳定性，获得所需材料体系的获得所需材料体系的相图相图相图相图，同时进行，同时进行性能测定性能测定性能测定性能测定，由此全，由此全面掌握不同面掌握不同组成组成、结构和、结构和工作温度工作温度下的材料特性。下的材料特性。 迈疵冤谬这哭好拧渴斟谭剪纫沉诈芋鸣盯淖烙讯蔑党补嘶坐评堑谴文篆憋功能材料概论功能材料概论61无机
58、材料组合化学研究应在具有雄厚条件的基无机材料组合化学研究应在具有雄厚条件的基础上，利用础上，利用组合数学的理论组合数学的理论组合数学的理论组合数学的理论思想来指导不同材料库思想来指导不同材料库的建立，完善材料合成的的建立，完善材料合成的组合技术组合技术组合技术组合技术及及筛选方法筛选方法筛选方法筛选方法，将，将无机功能材料组合化学无机功能材料组合化学无机功能材料组合化学无机功能材料组合化学与与数据库分析数据库分析数据库分析数据库分析相结合，从而相结合，从而最终实现无机功能材料的定向合成。最终实现无机功能材料的定向合成。呆若缝侧晒鸡戒来只慧典佯诺戚侵员孺呆摸农巩任旅投叫添严酒查晋呵敞功能材料概论
59、功能材料概论62功能玻璃功能玻璃功能玻璃功能玻璃和和功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷是无机非金属功能材料中的主是无机非金属功能材料中的主要组成部分，近年来得到了迅速的发展。要组成部分，近年来得到了迅速的发展。新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃除了具有普通玻璃的一般性质以外，除了具有普通玻璃的一般性质以外，还具有许多还具有许多独特的性质独特的性质独特的性质独特的性质，如，如磁光玻璃磁光玻璃的磁的磁光转换性能、光转换性能、声光玻璃声光玻璃的声光性、的声光性、导电玻璃导电玻璃的导电性、的导电性、记忆玻璃记忆玻璃的记的记忆特性等。忆特性等。 2. 2. 功能玻璃和功能陶瓷发展的新特点功能
60、玻璃和功能陶瓷发展的新特点功能玻璃和功能陶瓷发展的新特点功能玻璃和功能陶瓷发展的新特点垃损洗酌吧住箕坤札圆乏答溜早呀泻严岸宝站司目街山辜疼侵懊帮利挤配功能材料概论功能材料概论63新型功能玻璃的发展新型功能玻璃的发展新型功能玻璃的发展新型功能玻璃的发展以以光功能玻璃光功能玻璃光功能玻璃光功能玻璃为代表。作为代表。作为蓝光、可见光元件上的为蓝光、可见光元件上的转换材料转换材料、光存储显示材光存储显示材料料及各种及各种非线性光学玻璃非线性光学玻璃特别引人注意，它们将占特别引人注意，它们将占据未来的光量子时代，是据未来的光量子时代，是功能玻璃材料研究的主要功能玻璃材料研究的主要方向方向。快离子导体玻璃
61、的发展也很快，有机。快离子导体玻璃的发展也很快，有机无机无机复合玻璃是玻璃研究者的又一大开拓目标。复合玻璃是玻璃研究者的又一大开拓目标。井仑扔望统傀戳勘镁吉药将俱秀守杨灿悼援入乡齿疵间堪馒滁负狭铬挞集功能材料概论功能材料概论64功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷有以下几方面发展趋向：有以下几方面发展趋向：(1)微电子技术推动下的微电子技术推动下的微型化微型化微型化微型化(薄片化薄片化)和和高速度化高速度化高速度化高速度化；(2)在安全和环保工作的促进下，发展在安全和环保工作的促进下，发展传感器传感器传感器传感器和和多孔瓷多孔瓷多孔瓷多孔瓷；(3)重视重视材料复合材料复合材料复合材料复合技术；技术
62、；(4)加速加速智能化智能化智能化智能化。涎犊敢妙逼油臀腿灭赊戴及均辆校陪忿避辨舶习毡芦陋吕辕门汪羹止潮住功能材料概论功能材料概论65科学的发展，特别是科学的发展，特别是学科交叉学科交叉学科交叉学科交叉促进了促进了无机非金属功能材无机非金属功能材无机非金属功能材无机非金属功能材料的发展料的发展料的发展料的发展。另一方面，。另一方面，材料本身的进展材料本身的进展材料本身的进展材料本身的进展与与相邻学科或技术的相邻学科或技术的相邻学科或技术的相邻学科或技术的迅速发展迅速发展迅速发展迅速发展关系很大。关系很大。例如例如量子物理量子物理、量子化学量子化学的发展促进了的发展促进了纳米陶瓷纳米陶瓷、磁性磁
63、性陶瓷陶瓷等技术的发展；等技术的发展；半导体物理半导体物理的发展促进了各种的发展促进了各种电介质陶电介质陶瓷瓷、压电陶瓷压电陶瓷的发展和应用；特别是的发展和应用；特别是缺陷物化缺陷物化的进展，使掺的进展，使掺杂改性大面积地用于各种功能材料，包括无机非金属功能材杂改性大面积地用于各种功能材料，包括无机非金属功能材料和功能高分子材料。料和功能高分子材料。茹缝妆醉壁敏抨鸟焚脑遣斯螺复升八坞誊筐讥获驱箔卸秸香威凳摈嚼诅甫功能材料概论功能材料概论66相关技术相关技术相关技术相关技术促进促进无机非金属功能材料的发展无机非金属功能材料的发展无机非金属功能材料的发展无机非金属功能材料的发展也有很多，例如：也有
64、很多，例如：信息自动化信息自动化促进了传感器；促进了传感器；薄膜变薄薄膜变薄涉及粉体制备技术；薄膜涉及粉体制备技术；薄膜技术发展又促进技术发展又促进铁电存储器铁电存储器的应用；的应用；高纯原料高纯原料为功能陶瓷的发为功能陶瓷的发展创造了条件。展创造了条件。物理检测手段物理检测手段物理检测手段物理检测手段也影响材料发展，原来的也影响材料发展，原来的显微图像显微图像是利用是利用光光光光性或电子性差别性或电子性差别性或电子性差别性或电子性差别成像，而近代利用成像，而近代利用热性能热性能热性能热性能或或弹性力学性能差别弹性力学性能差别弹性力学性能差别弹性力学性能差别可分别得出可分别得出热像热像热像热像
65、及及声学像声学像声学像声学像，从而揭示了新现象，对功能陶瓷作，从而揭示了新现象，对功能陶瓷作用很大。用很大。 冶哗莲挎贤银脂谈吕盐雌胳辕坤坞槽儿蓟雅事职荆澎冤讳翔窖铀滞都汤筑功能材料概论功能材料概论67各学科之间、各学科之间、学科与工艺技术学科与工艺技术之间的之间的相互作用相互作用相互作用相互作用和渗透和渗透和渗透和渗透，对无机非金属功能材料的发展产生了深远，对无机非金属功能材料的发展产生了深远的影响。的影响。各学科的交叉，使各种各学科的交叉，使各种功能材料之间的界限功能材料之间的界限功能材料之间的界限功能材料之间的界限开开始变得模糊，甚至各种材料组成的复合材料可通过始变得模糊，甚至各种材料组
66、成的复合材料可通过协同作用协同作用协同作用协同作用获得最佳性能以及得到其他新功能。获得最佳性能以及得到其他新功能。局罩弗毫艘吉般剥阔枷吊泰捡胖珍茶瞒灰伶美垣怪尸憨降泌遂彼茵姑尼傈功能材料概论功能材料概论681影响功能高分子材料影响功能高分子材料“功能性功能性”的的结构因素结构因素结构因素结构因素 结构决定性能，功能高分子材料之所以有许多独具特色的性结构决定性能，功能高分子材料之所以有许多独具特色的性能，主要与其结构因素有关。能，主要与其结构因素有关。、骨架的性质骨架的性质骨架的性质骨架的性质，如，如润湿性润湿性、溶胀性溶胀性，骨架的邻位效应骨架的邻位效应等；等；、在分子中起到特殊关键作用的、在
67、分子中起到特殊关键作用的官能团的性质官能团的性质官能团的性质官能团的性质。三、功能高分子材料三、功能高分子材料趣寸丑铝惶瑰肉妨旋舀附烷屎韧狞残梢郡皑短成拦吻芽妄宁援医剂稠糊丫功能材料概论功能材料概论69 功能高分子材料的制备一般是指通过功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化物理的或化物理的或化物理的或化学的方法学的方法学的方法学的方法将将功能基团功能基团功能基团功能基团与与聚合物骨架聚合物骨架聚合物骨架聚合物骨架相结合的过程。相结合的过程。功能高分子材料的制备主要有以下三种基本类型：功能高分子材料的制备主要有以下三种基本类型：是是功能性小分子功能性小分子功能性小分子功能性小分子固定在骨架材
68、料上；固定在骨架材料上；是是大分子材料大分子材料大分子材料大分子材料的功能化；的功能化；是是已有的功能高分子材料已有的功能高分子材料已有的功能高分子材料已有的功能高分子材料的功能扩展。的功能扩展。 2 2功能高分子材料的制备方法功能高分子材料的制备方法功能高分子材料的制备方法功能高分子材料的制备方法犁厂籍界星祖犹肮粱鸵搂窍栓瓦卓帆仟摇奸柏疏缎定里筋魁菇依敦糠肋挝功能材料概论功能材料概论70 第四节功能材料制备用的新方法第四节功能材料制备用的新方法 用于功能材料制备的新方法很多。例如：用于功能材料制备的新方法很多。例如：快速凝固快速凝固快速凝固快速凝固、镀膜镀膜镀膜镀膜、超晶格超晶格超晶格超晶格
69、、机械合金化机械合金化机械合金化机械合金化、溶胶溶胶溶胶溶胶凝胶凝胶凝胶凝胶、极限极限极限极限(极高温、极高温、高压、高真空、失重等高压、高真空、失重等)条件下制备条件下制备条件下制备条件下制备的方法、的方法、复合及杂化复合及杂化复合及杂化复合及杂化、晶须晶须晶须晶须及及大单晶大单晶大单晶大单晶制备法等等。这些方法的发展与使用加快了制备法等等。这些方法的发展与使用加快了新品种的开发和质量的提高。新品种的开发和质量的提高。阁冯娶者函意缨劫属奖执壹挂彦块洱扳换榆咕愉泰怜俩龟且阶蘑棒浓返恍功能材料概论功能材料概论71在溶胶在溶胶凝胶方法中，常是把含有凝胶方法中，常是把含有Si、A1、Ti、B等网络形
70、等网络形成元素的成元素的烃氧化物烃氧化物烃氧化物烃氧化物作为母体，以添加作为母体，以添加碱或酸碱或酸碱或酸碱或酸作作催化剂催化剂催化剂催化剂，在酒精，在酒精溶液中使烃氧化物水解、浓聚而形成溶液中使烃氧化物水解、浓聚而形成 M M链链的无机氧化物网络。的无机氧化物网络。溶胶溶胶凝胶方法凝胶方法罪顺夕蹋盛环描要虫秘份嗜泛骸朝缔链丛路疾痴揖缓母笔浊歪剂购把秀招功能材料概论功能材料概论72通过改变通过改变母体的化学成分母体的化学成分母体的化学成分母体的化学成分和和生成条件生成条件生成条件生成条件，就可改，就可改变变冷凝物冷凝物冷凝物冷凝物的拓朴结构，可从无水氧化物的的拓朴结构，可从无水氧化物的致密球致
71、密球致密球致密球变变为稀疏的为稀疏的分枝状结构分枝状结构分枝状结构分枝状结构，以满足待定的使用要求。，以满足待定的使用要求。无水氧化物具有可以控制无水氧化物具有可以控制微孔尺寸微孔尺寸微孔尺寸微孔尺寸、微孔体积微孔体积微孔体积微孔体积、折射率折射率折射率折射率和和化学性质化学性质化学性质化学性质的特点。这对于高技术的应用是的特点。这对于高技术的应用是有利的。有利的。抡扫劳凄三洽十脸鞘逛固齿语素铆写撕椽虏蜀暑走涪香捆唯零妄摸坟宵吠功能材料概论功能材料概论73通过快淬快凝工艺可以得到通过快淬快凝工艺可以得到在常规条件下在常规条件下的的亚稳相亚稳相亚稳相亚稳相。亚稳相可以是材料的亚稳相可以是材料的使
72、用状态使用状态使用状态使用状态，也可能是为得到好性能的，也可能是为得到好性能的中间状态中间状态中间状态中间状态。在自然界中，亚稳相是很常见的。从在自然界中，亚稳相是很常见的。从亚稳相到平衡态亚稳相到平衡态的转变的转变不少情况下是不少情况下是非常缓慢非常缓慢的。因此，实际上可以把亚的。因此，实际上可以把亚稳状态的材料看作是平衡态来使用。材料学家利用这种动稳状态的材料看作是平衡态来使用。材料学家利用这种动力学差别而设计并加工制造了许多非平衡材料，扩大了可力学差别而设计并加工制造了许多非平衡材料，扩大了可获得有用材料的范围。获得有用材料的范围。 快淬快凝技术快淬快凝技术 榆谢示神良能卫吊汀州躲早娱疾
73、鸽棵让吝路卿挟咨夺契惮坞图奖苔眶八奢功能材料概论功能材料概论74复合复合复合复合就是把两种以上组分材料组成一种新材就是把两种以上组分材料组成一种新材料的方法；料的方法；杂化杂化杂化杂化的基本思想就是将原子、分子集的基本思想就是将原子、分子集团在几埃到几干埃的数量级上进行复合。团在几埃到几干埃的数量级上进行复合。 复合和杂化复合和杂化 辕扒酝列栏癣烫谴非博柏删肮涨唁搪穆泞拾总斯课驴赂虏素吭染拟枯泞殊功能材料概论功能材料概论75 杂化是杂化是在纳米数量级上在纳米数量级上在纳米数量级上在纳米数量级上进行，从而使各原材料间的进行，从而使各原材料间的相互作用力与整体复合时不同，引起相互作用力与整体复合时
74、不同，引起量子效应量子效应量子效应量子效应、表面能表面能表面能表面能量效应量效应量效应量效应等。这些现象对材料里的载流子的等。这些现象对材料里的载流子的传输过程传输过程会产会产生很大的影响，使杂化材料的电学性质不再是各原材料生很大的影响，使杂化材料的电学性质不再是各原材料的电学性质相加后的平均值，而可以说是相乘的结果。的电学性质相加后的平均值，而可以说是相乘的结果。可以出现可以出现各向异性各向异性各向异性各向异性、超导电性超导电性超导电性超导电性等现象。等现象。规兑隔舆荆澳助恤诞掸镁琴坝路霓要开掀俗耳谐氓缀轮弯坯莱趋墩倪垒垛功能材料概论功能材料概论76例如，在绝缘性例如，在绝缘性高分子薄膜表面
75、高分子薄膜表面高分子薄膜表面高分子薄膜表面镀上一层镀上一层薄金属层薄金属层薄金属层薄金属层，以此做成电极进行吡咯的电解聚合，生成的聚毗咯在生以此做成电极进行吡咯的电解聚合，生成的聚毗咯在生成的同时形成了高分子薄膜中的导电通路，从而得到成的同时形成了高分子薄膜中的导电通路，从而得到导导导导电薄膜电薄膜电薄膜电薄膜。采用杂化技术，还可以制得具有特殊功能的采用杂化技术，还可以制得具有特殊功能的肖脱基肖脱基肖脱基肖脱基元件元件元件元件和和非线性光学有机薄膜非线性光学有机薄膜非线性光学有机薄膜非线性光学有机薄膜等等。杂化技术可以应用于等等。杂化技术可以应用于高分子科学领域，也可以广泛地应用于其他领域。高
76、分子科学领域，也可以广泛地应用于其他领域。赌计笨糖吓财旅留秉渡炬锡沫韧拽侧梢棚伺拴矫鸡闪墨平蓬需瓷壤郁谈楞功能材料概论功能材料概论77 第五节功能材料的发展现状第五节功能材料的发展现状 一一. .新型功能材料国外发展现状新型功能材料国外发展现状 当前，国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸当前，国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如如超导超导材料、材料、微电子微电子材料、材料、光子光子材料、材料、信息信息材料、材料、能源转换能源转换及储能及储能材料、材料、生态环境生态环境材料、材料、生物医用生物医用材料及材料的材料及材料的分子分子、原子设计原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能
77、材料技术等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。 扶梆度氛妆杭延儒初碾殆时鸟弓残虐标药悔揽毗辗占弛贞埔德欠诡骄乏猛功能材料概论功能材料概论78以以NbTi、Nb3Sn为为代代表表的的实实实实用用用用超超超超导导导导材材材材料料料料已已实实现现了了商商品品化化，在在核核核核磁磁磁磁共共共共振振振振人人人人体体体体成成成成像像像像（NMRI）、超超超超导导导导磁磁磁磁体体体体及及大大大大型型型型加加加加速速速速器器器器磁磁磁磁体体体体等多个领域获得了应用。等多个领域获得了应用。 高温高温氧化
78、物超导体氧化物超导体氧化物超导体氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（用温度从液氦（ 4.2K）提高到液氮（）提高到液氮（77K）温区。高温超导）温区。高温超导材料的研究工作已在材料的研究工作已在单晶单晶、薄膜薄膜、体材料体材料、线材线材和和应用应用等方等方面取得了重要进展。面取得了重要进展。 超导材料超导材料施攻室镣帽含笆苟诬坊闸搬杠彝哗低奶丘播杖京丙程闺仟圃掖泡舱绚墅非功能材料概论功能材料概论79作为高技术重要组成部分的作为高技术重要组成部分的生物医用材料生物医用材料生物医用材料生物医用材料已进入一个已进入一个快速发展的新阶段，其市场销售
79、额正以每年快速发展的新阶段，其市场销售额正以每年16%16%的速度递的速度递增，预计增，预计2020年内，生物医用材料所占的份额将赶上年内，生物医用材料所占的份额将赶上药物药物药物药物市市场，成为一个支柱产业。场，成为一个支柱产业。生物活性陶瓷生物活性陶瓷生物活性陶瓷生物活性陶瓷已成为已成为医用生物陶医用生物陶瓷瓷的主要方向；的主要方向；生物降解高分子材料生物降解高分子材料生物降解高分子材料生物降解高分子材料是医用高分子材料的是医用高分子材料的重要方向。重要方向。 生物医用材料生物医用材料彪仍遗躲碎诊爪擎喀硬刨燃赠闲个闻咱战厌粘震要讳盛肢哨场疑房肾揉藐功能材料概论功能材料概论80太阳能电池材料
80、太阳能电池材料太阳能电池材料太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，是新能源材料研究开发的热点，IBMIBM公司研制的公司研制的多层复合太阳能电池多层复合太阳能电池，转换率高达，转换率高达40%40%。美国能源部在全部美国能源部在全部氢能研究氢能研究经费中，大约有经费中，大约有50%50%用于用于储氢储氢储氢储氢技术技术。固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如材料，如固体电解质薄膜固体电解质薄膜和和电池阴极材料电池阴极材料，还有质子交，还有质子交换膜型燃料电池用的换膜型燃料电池用的有机质子交换膜有机
81、质子交换膜等，都是目前研究等，都是目前研究的热点。的热点。 能源材料能源材料坝彰导鱼瘁衡托俺昏弄涵剪蜗匆菠歉涧崇霞余给钠伟酸忌锐灯捏工熔仿狮功能材料概论功能材料概论81是是2020世纪世纪9090年代在国际高技术新材料研究中年代在国际高技术新材料研究中形成的一个新领域，其研究开发在日、美、德等形成的一个新领域，其研究开发在日、美、德等发达国家十分活跃，主要有发达国家十分活跃，主要有三个研究方向三个研究方向三个研究方向三个研究方向：生态环境材料生态环境材料础距拦俐荫恿肾地腥港厘代拼逆斯鸟荷荤小害败坠谋咕寓戌钉拭悠创袜假功能材料概论功能材料概论82直接面临的直接面临的与环境问题相关与环境问题相关与
82、环境问题相关与环境问题相关的材料技术，例的材料技术，例如，如，生物可降解生物可降解材料技术，材料技术，CO CO 2 2 气体的固化气体的固化技术，技术，SOSOx x、NONOx x催化转化催化转化技术、技术、废物的再资源化废物的再资源化技术，技术，环环境污染修复境污染修复技术，材料制备加工中的技术，材料制备加工中的洁净技术洁净技术以及以及节省资源节省资源、节省能源节省能源的技术。的技术。脚矽奄忿花楚菱奖妊遭哦芋阔噶碾咯仲凸亲畸臭配尸昨奏翰姐藩聂配筐敌功能材料概论功能材料概论83开发能使经济可持续发展的开发能使经济可持续发展的环境协调性材料环境协调性材料环境协调性材料环境协调性材料，如如仿生
83、材料仿生材料、环境保护材料环境保护材料、氟里昂、石棉等、氟里昂、石棉等有害有害物质的替代材料物质的替代材料、绿色新材料绿色新材料等；等；材料的材料的环境协调性评价环境协调性评价环境协调性评价环境协调性评价。 刷憋蜘扦国擒摊富醇眷拇畏儡吴敝聘危陛嘲嘱捶帜从柯矢签美姿弘览紧总功能材料概论功能材料概论84智智能能材材料料是是继继天天然然材材料料、合合成成高高分分子子材材料料、人人工工设设计计材材料料之之后后的的第第第第四四四四代代代代材材材材料料料料，是是现现代代高高技技术术新新材材料料发发展展的的重重要要方方向向之之一一，将将支支撑撑未未来来高高技技术术的的发发展展，使使传传统统意意义义下下的的功
84、功能能材材料料和和结结构构材材料料之之间间的的界界线线逐逐渐消失，实现渐消失，实现结构功能化结构功能化结构功能化结构功能化、功能多样化的功能多样化的功能多样化的功能多样化的目标。目标。 智能材料智能材料荆泊扰享懂汝宛僚执燕络谭西胰缨嚼侥晕搐搜埂洽留趣皱挂衍第碱菱穆渊功能材料概论功能材料概论85国外智能材料国外智能材料国外智能材料国外智能材料的研发方面已取得很多技术突破，如英国宇的研发方面已取得很多技术突破，如英国宇航公司在航公司在导线传感器导线传感器导线传感器导线传感器，可用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情，可用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应况；英国开发出一种快速反应形
85、状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金，寿命期具有百万，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为1010秒钟；在秒钟；在压电材料压电材料压电材料压电材料、磁致伸缩材料磁致伸缩材料磁致伸缩材料磁致伸缩材料、导电高分子材料导电高分子材料导电高分子材料导电高分子材料等在航空等在航空上的应用取得大量创新成果。上的应用取得大量创新成果。 苛余醋耕剿嘶耗刁蛊彪治吻闭考哇贫够族输龚陛亭抒阁室躇页缩峭烧扶稿功能材料概论功能材料概论86我我国国非非常常重重视视功功能能材材料料的的发发展展，在在国国家家攻攻关关、“ 863”、“
86、973”、国国家家自自然然科科学学基基金金等等计计划划中中，功功能能材材料料都都占占有有很很大大比比例例。在在“九九五五”、“十十五五”国国防防计计划划中中还还将将特特特特种种种种功功功功能能能能材材材材料料料料列列为为“国国防防尖尖端端”材材料料。这这些些科科技技行行动动的的实实施施，使使我我国国在在功功能能材材料料领域取得了丰硕的成果。领域取得了丰硕的成果。二二.国内功能材料发展的现状国内功能材料发展的现状泄履怔圾目了夺畜活炉鸯免菇逗渠罪逞钒粮础两耙封萝爸棱澡耿午帝稀揭功能材料概论功能材料概论87在在“863”计划支持下，开辟了计划支持下，开辟了超导材料超导材料超导材料超导材料、平板显示材
87、料平板显示材料平板显示材料平板显示材料、稀土功能材料稀土功能材料稀土功能材料稀土功能材料、生物医用材料生物医用材料生物医用材料生物医用材料、储氢储氢储氢储氢等新能源材料，等新能源材料，金刚石金刚石金刚石金刚石薄膜薄膜薄膜薄膜，高性能固体推进剂材料高性能固体推进剂材料，红外隐身材料红外隐身材料红外隐身材料红外隐身材料，材料设计与材料设计与材料设计与材料设计与性能预测性能预测性能预测性能预测等功能材料新领域，取得了一批接近或达到国际先等功能材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。秸寇幂隶趟逃宵挠延海羌志翰泪次甘治份碱
88、的戳咨层鸽冠细谓榨铅揪硅斩功能材料概论功能材料概论88镍氢电池镍氢电池镍氢电池镍氢电池、锂离子电池锂离子电池锂离子电池锂离子电池的主要性能指标和生产工艺技术的主要性能指标和生产工艺技术均达到了国外的先进水平，推动了镍氢电池的产业化；功能均达到了国外的先进水平，推动了镍氢电池的产业化；功能陶瓷材料的研究开发取得了显著进展，以陶瓷材料的研究开发取得了显著进展，以片式电子组件片式电子组件片式电子组件片式电子组件为目为目标，我国在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在标，我国在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低烧瓷料低烧瓷料低烧瓷料低烧瓷料和和贱金属电极贱金属电极贱金属电极贱金属电极上形成了自己的特色并
89、实现了产业化，使上形成了自己的特色并实现了产业化，使片式片式电容材料电容材料及其及其组件组件进入了世界先进行列。进入了世界先进行列。构凭向涪荔苑佳赫众料厅诉飘补骂得犁鸽吊芭块洋酷艇须桔剿殴泅屋宣抛功能材料概论功能材料概论89高档高档钕铁硼钕铁硼钕铁硼钕铁硼产品的研究开发和产业化取得显著进产品的研究开发和产业化取得显著进展，在某些成分配方和相关技术上取得了自主知识产展，在某些成分配方和相关技术上取得了自主知识产权；权； 功能材料还在功能材料还在“两弹一星两弹一星两弹一星两弹一星”等国防工程中作出了举等国防工程中作出了举足轻重的贡献。足轻重的贡献。 陀言惶困去厨淀候俐锣靡柄果阜得巧腹雕也卫抗盎矩佃
90、甚鬼捏炒聂祭翰崭功能材料概论功能材料概论90根根据据预预测测，二二十十一一世世纪纪的的新新材材料料技技术术产产业业在在世世界界市市场场的的销销售售额额将将超超过过4000亿亿美美元元，其其中中功功能能材料约占材料约占7580%。 三、国内、外功能材料社会经济发展需求三、国内、外功能材料社会经济发展需求三、国内、外功能材料社会经济发展需求三、国内、外功能材料社会经济发展需求逻舔是暗脯坏蔫擒阉欠佃绽儿钧疑吵借嗅痈扯英桥球随烩渺轻翠湍体播诫功能材料概论功能材料概论91我国的国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的我国的国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的封锁和禁运，所以我国的国防用封锁和
91、禁运，所以我国的国防用关键特种功能材料关键特种功能材料关键特种功能材料关键特种功能材料是不可能依是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军军事通信事通信、航空航空、航天航天、导弹导弹、热核聚变热核聚变、激光武器激光武器、激光雷达激光雷达、新型战斗机新型战斗机、主战坦克主战坦克以及以及军用高能量密度组件军用高能量密度组件等，都离不开等，都离不开特种功能材料的支撑。特种功能材料的支撑。 铀丙棵敢耳涂弯慰叫傻跑郡仟凡册赢立冻使眉贾熙旅厄炭膏箕饭楚炕罚挛功能材料概论功能材料概论92 第六节第六节第六节第六节无机功能材料的现代合成
92、与制备方法无机功能材料的现代合成与制备方法无机功能材料的现代合成与制备方法无机功能材料的现代合成与制备方法 溶胶溶胶- -凝胶法凝胶法(sol-gel)(sol-gel) 溶溶胶胶- - 凝凝胶胶法法是是以以金金金金属属属属醇醇醇醇盐盐盐盐, , 其其它它金金金金属属属属有有有有机机机机化化化化合合合合物物物物或或无无无无机机机机化化化化合合合合物物物物为为原原料料进进行行水水水水解解解解、缩缩缩缩合合合合( (生生成成无无机机聚聚合合物物材材料料的的) )反反应应, , 使使溶溶液液经经溶溶胶胶- -凝凝胶胶化化, ,干干燥燥, , 热热处处理理后后制制备备玻玻璃璃膜膜, , 玻玻璃纤维璃纤
93、维, , 分子筛膜分子筛膜, , 特种陶瓷材料特种陶瓷材料的方法。的方法。 优优点点：较较低低合合成成及及烧烧结结温温度度；高高纯纯和和高高均均匀匀产产物物；制制造造传统固相反应法无法得到的材料。传统固相反应法无法得到的材料。豹予嘱巫久精队渭黑吮栈容嫂障泼凤熟轿左厦睁恋健瞥惹檬颈宴酶打指炳功能材料概论功能材料概论93化学气相沉积法化学气相沉积法化学气相沉积法化学气相沉积法 (CVD，Chemical Vapor Deposition)在在相相当当高高的的温温度度下下，混混混混合合合合气气气气体体体体与与基基基基体体体体的的的的表表表表面面面面相相互互作作用用，使使混混合合气气体体中中某某些些成
94、成分分分分解解，并并在在基基体体上上形形成成一一种种金属或化合物的固态薄膜金属或化合物的固态薄膜或或镀层镀层。费谅泛伎丫梗哑架喷赢渔孟重租婿泪邮表瞥奥钞去疹冤瘴降眶词柄抠鹤镊功能材料概论功能材料概论94氢气保护，氢气保护，1000100010501050，钢件表面镀，钢件表面镀TiCTiC：TiClTiCl4 4(l)+CH(l)+CH4 4(g)(g)TiC(s)+4HCl(g) TiC(s)+4HCl(g) TiClTiCl4 4(l)+C(l)+C( (钢钢) ) +2H +2H2 2(g)(g)TiC(s)+4HCl(g)TiC(s)+4HCl(g) T Ti iC C 化化学学气气相
95、相沉沉积积装装置置图图栽登拘忱鸵辨瞪女琐欣浅件截乌衅逞舍灯氏蜕俐埋衙稼栏悦尾姐汞抽吞帕功能材料概论功能材料概论95利利用用特特定定模模板板结结构构的的基基质质为为模模板板进进行行合合成成。特特定定结结构构的的基基质质模模板板包包括括多多多多孔孔孔孔玻玻玻玻璃璃璃璃、沸沸沸沸石石石石分分分分子子子子筛筛筛筛，大大大大孔孔孔孔离离离离子子子子交交交交换换换换树树树树脂脂脂脂等。等。 例例如如: : 将将Na-YNa-Y型型沸沸石石与与Cd(NOCd(NO3 3) )2 2溶溶液液混混合合, , 离离子子交交换换后后形形成成Cd-YCd-Y型型沸沸石石，经经干干燥燥后后与与H H2 2S S气气体体
96、反反应应，在在分分子子筛筛八八面体沸石笼中生成面体沸石笼中生成CdSCdSCdSCdS纳米粒子纳米粒子纳米粒子纳米粒子。 模板合成法模板合成法烈刺划虏赌兆退耳化刚娩问缴堆利所卢谰吼焦襄放虹祖碍仑狐义线瘩蛀未功能材料概论功能材料概论96在在接接近近室室温温的的条条件件( (室室温温100)100)下下通通过过混混合合、研磨固体反应物直接形成生成物。研磨固体反应物直接形成生成物。 低温固相合成法低温固相合成法她促别怂轩舞琶坟疗幕茅讼横咆臀活铸撕赡桶粒尉俯盖靡雷挛藤价铰吉汤功能材料概论功能材料概论97第2章 贮氢合金 v能源危机和开发新能源一直是人类发展进程中相互依赖和相互促进的两个重要因素。 v燃
97、烧1kg氢可发热1.25106KJ的热量 v而氢的存贮则有两种方式：一种属物理方式贮氢 .另一种为化学方式，如金属氢化物 .管艺涉托翱部砒举醚轰佣团糊储袍蹄镇趟撅粥李业梳柬臣拂涛浴酝晦慑制功能材料概论功能材料概论982.1金属贮氢原理 v在一定温度和压力下，许多金属、合金和金属间化合物（Me）与气态H2可逆反应生成金属固溶体MHx和氢化物MHy 镍金属氢化物电池（NiMH）工作原理vNiMH电池是以贮氢合金作负极，Ni（OH）2作正极，KOH水溶液作电解液的碱性蓄电池。这种蓄电池是利用吸氢合金在电位变化时具有吸氢和释放氢的功能，实现电池充放电。 壤苦个罐曝讥拘特嘶愿领八这捧平编宜瓤卉遣惨粳夫善
98、吴桌秀猪靳脱究锤功能材料概论功能材料概论992.2金属氢化物贮氢材料应具备的条件 金属氢化物是一种多功能材料，根据不同用途有不同要求。一般作为贮氢（包括电池用）和蓄热用金属或合金氢化物，应具备如下条件：v容易活化，单位质量、单位体积吸氢量大（电化学容量高）；v吸收和释放氢的速度快，氢扩散速度大，可逆性好；v有较平坦和较宽的平衡平台压区，平衡分解压适中，做贮氢用时，室温附近的分解压应为0.2-0.3MPa,做电池材料时为10-410-1MPa；v吸收、分解过程中的平衡氢压差，即滞后要小；v氢化物生成焓，作贮氢材料或电池材料时应该小，作蓄热材料时则应该大；v寿命长，反复吸放氢后，合金粉碎量要小，而且衰减小，能保持性能稳定，作电池材料时能耐碱液腐蚀；v有效导热率大，电催化活性高；v在空气中稳定，安全性能好，不易受N2、O2、H2O气、H2S等杂质气体毒害；v价格低廉、不污染环境、容易制造。每种金属氧化物都有各自的特性，可根据不同使用目的进行选择评价。 袍拂优互隋拂馏酣伯叼结野撵桌莹墟阔窃虽拿厉施膜咎瘦炼犯则危廓岿囤功能材料概论功能材料概论1002.3 贮氢合金分类及开发现状 运睦讳柯申燎瓣商烈烁韶瓢蜂线磺痔桅锭牛儿憨瞧醒妖窥黍乎拙恿蹲斟捕功能材料概论功能材料概论101
